Question

常溫時，將a mol Cu和a mol Fe投入含b mol HNO₃的濃硝酸中，經一段時間后，使它們恰好完全反應。已知反應后溶液中Fe³⁺和Fe²⁺的物質的量相等，HNO₃的還原產物為NO和NO₂，且不考慮NO₂轉化為N₂O₄，反應中可產生氣體560 mL。將該氣體溶于水，充分反應后，氣體體積減少224 mL(氣體體積均為標準狀況下體積)。求a、b的值。〔提示：已知2Fe(NO₃)₃+Fe====3Fe(NO₃)₂〕

Answer 1

a=0.01，b=0.07

常溫下，將Fe和Cu投入濃硝酸中，由于Fe發生鈍化，首先發生的反應為：Cu+4HNO₃(濃)====Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O
待硝酸濃度降低后，隨之發生的反應為：
Fe+4HNO₃(稀)====Fe(NO₃)₃+NO↑+2H₂O
3Fe+8HNO₃(稀)====3Fe(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O
3Cu+8HNO₃(稀)====3Cu(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O
n(NO)+n(NO₂)=="0.025" mol
由氣體體積差量法：
3NO₂+H₂O====2HNO₃+NO    ΔV
3 mol                  2×22.4 L
n(NO₂)                 0.224 L
n(NO₂)="0.015" mol，n（NO）="0.025" mol-0.015 mol="0.01" mol。
據得失電子守恒：
2n（Cu²⁺）+2n(Fe²⁺)+3n(Fe³⁺)=3n（NO）+n（NO₂）
2×a mol+2× mol+3× mol="3×0.01" mol+0.015 mol
a=0.01
b的值可用兩種方法求得：
解法一：反應消耗的HNO₃:
n(HNO₃)=2n(Cu²⁺)+2n(Fe²⁺)+3n(Fe³⁺)+n(NO)+n(NO₂)="4.5" a mol+0.025 mol="4.5×0.01" mol+0.025 mol="0.07" mol
即b=0.07。
解法二：考察Fe、Cu與稀HNO₃的3個反應，參加反應的HNO₃的量均為被還原HNO₃的量（即NO的量）的4倍，所以：
n(HNO₃)=2n(NO₂)+4n(NO)="2×0.015" mol+4×0.01 mol="0.07" mol